关于沸石的改性及改性沸石在混凝土中应用的研究_开题报告

 一、国内研究现状

  众所周知，混凝土是现代土木工程使用最为广泛的主要结构材料，自上个世纪开始推广以来，一直被认为是耐久的。然而现在已经发现国内外大量的混凝土结构在未达到便用年限之前，就过早地出现了混凝土剥蚀、钢筋锈蚀等破坏现象，不得不进行修复乃至拆除重建。不但耗资巨大，而且造成了许多建筑垃圾，污染环境。

碱集料反应(Alkali—Aggregate Reaction，简称AAR)作为导致混凝上耐久性下降的重要原因之一，半个世纪以来，己在全球范围内造成了巨大的损失。自1940年美国首先发现并证实碱集料反应对混凝土工程破坏以来，在世界上相继出现了各种工程破坏的事例[1]。美国、英国、加拿大、日本、南非、中国等都有大量因AAR引起混凝土建筑物破坏的事例，AAR已经给社会造成了巨大的危害和经济损失。由此可见，AAR已经成为混凝土工程的全球性灾害问题。自1974年召开第一次国际AA R会议以来，近20多年来已召开11次国际学术会议，且第12次国际会议已定于在我国北京召开。此外，其他有关的水泥及混凝土会议也设专门的议题讨论AAR问题。因此，如何防业AAR对混凝土工程的破坏已经在世界范围内引起了广泛的关注。

    封孝信等[18]不仅研究了沸石的掺量、细度、热处理方法对ASR的影响，还研究了混凝土不同碱的存在形式对ASR的影响。一般可将水泥中的碱含量分为3种：总碱量、可溶性碱量及有效碱量。总碱量是指以各种形式存在的碱之总和；可溶性碱量是指将水泥加入水中搅拌一定时间后能溶解出的那部分碱；有效碱是指水泥水化到一定龄期时，存在于孔溶液中的那部分碱，之所以称为有效碱，是因为只有这部分碱才参与碱骨料反应。他们通过研究发现，膨胀率的大小并不取决于水泥中总碱量的高低，而是取决于有效碱量或可溶性碱量的高低。掺入沸石后总碱量升高，但可溶性碱量及有效碱量区降低，从而使膨胀率降低。这与他们提出的沸石通过离子交换作用抑制ASR的机理想一致。

牛全林等研究表明 [20]，天然沸石吸附K+、Na+的能力是有限的，要有效的控制碱骨料反应，沸石的最低掺量（质量分数,下同）为20%左右[21],掺量小时，反而会促使碱骨料反应（alkali-silica reaction）的进行[22]。另外，沸石的微孔结构使其具有庞大的内比表面积和吸水性，因而，含沸石混凝土需水量偏大，沸石的掺量为20%时，水泥净浆基本失去流动性[23]。若要保持相同的水灰比就需要较多的减水剂掺量，由于沸石活性较低，其较大的掺量还会影响混凝土的早期强度，通过对天然沸石的改型处理，提高其对K+、Na+的置换能力，较少的沸石掺量就可以起到抑制碱骨料反应的效果。

二、国外研究现状

国外二十世纪三十年代兴建的一些混凝土大坝经过半个世纪的正常运转，突然在八十年代发生膨胀开裂，例如美国的 Foniana坝、加拿大的 Beauhano iS坝、法国的Chambon坝、巴西的 Moxoto坝。D. Stark和G. DePuy调查了美国 

Coolidge坝、 Friant坝、 Matilija坝、 parker坝、StewartMountain坝，发现五座坝都存在碱硅反应引起的缝。丹麦在上个世纪五十年代调查了全国431座混凝土建筑物，其中3/4的建筑物遭受了程度不等的碱一骨料反应破坏。英国自1975年发现首例碱骨料反应的建筑物破坏事例后，已经有数百座建筑物遭受到碱骨料反应破坏。世界各国混凝土因遭受碱骨料反应破坏造成惨重损失的事例已经说明在工程的筹划、立项、设计、施工、验收以及使用的全过程中必须把耐久性放在首要位置进行考虑。

过去的30年里，美国曾分别通过不同研究计划持续资助开展ASR研究并取得很大进展，20世纪80年代和90年代通过高速公路战略规划项目开展了ASR膨胀激励、快速检测方法和预防措施研究，完善了南非快速砂浆棒法并将其标准化。2000年启动研究制定性盐防治ASR标准。2005年美国国会签署高速公路交通安全法案，斥资1000万美元进行预防和减轻ASR专项研究计-X'1 (Projects andprograms related to prevent and mitigate ASR)，围绕破坏产物好机理，制定规范好培训相关人员更好利用现有技术预防和减轻AAR破坏等课题开展研究。巴西也与加拿大、美国和欧洲科学家进行广泛合作，研究制定国家标准、某些地区规定能源梢售额的1%用于资助AAR的研究和预防等。

^范文提纲：

引言及原理 

1.1前言 

二、混凝土大坝的碱集料反应

2.1 碱集料反应的分类及作用机理

2.2碱硅酸反应(ASR)的抑制措施

2.3沸石对ASR的抑制机理[9—12]

三、天然沸石物理性能

四、沸石改性处理

4.1天然沸石改性处理

4.2改性沸石对NaOH和KOH的吸附效果

4.3改性沸石对ASR反应的抑制效果

五、结果与讨论

5.1沸石吸附NaOH和KOH后溶液浓度的变化

5.2结论

六、展望及重要意义

参考文献：

[1]   Swamy R N. The alkali-silica reaction in concrete [M].Van Nostrand Reinhold, New York,1992

[2]   莫祥银，唐明述等.国内外混凝土碱集料反应研究综述[J].材料科学与工程，2002，20(2)：128~132.

[3]   Gollou J E. Mechanism and kinetics of expansion in the alkali-carbonate rock reaction [J].Canadian Journal of Earth science,1964,1(1):121~145

[4]   卢都友，吕忆农，唐明述.碱硅酸反应（ASR）抑制措施评述[J]. 混凝土与水泥制品，1999(2)：14~18.

[5]   莫祥银，卢都友.化学外加集抑制碱硅酸反应原理及进展[J]. 南京化工大学学报，2000，22(3)：72~77

[6]   吴中伟.高性能混凝土及其矿物细掺料[J].建筑技术，1999，32(3)：160~162

[7]   俞乐华.天然材料用作混凝土掺合料的对比分析[J]. 非金属矿， 2002，25(2)：19~21

[8]   徐浩.沸石粉混凝土技术[J]. 混凝土，1993，(3)：30~38

[9]   刑锋，冯乃谦.掺天然沸石粉水泥及其混凝土的性质[J]. 低温建筑技术，1999，(1)：3~5，17

[10]  何振明.沸石在混凝土中的应用[J].辽宁建筑，1990，(5)：72~79

[11]   Feng Naiqian, Jia H W,Chen Y E. Study on the suppression effect of natural on expansion of concrete due to AAR [J].Mag Coner Res,1998,50(1):17~24

[12]   郭竟雄，梁春林.沸石在水泥水化中的作用机理[J]. 硅酸盐学报，1989，10（3）：244~258

[13]  C S Poona, U L Lama, S C Koua, Z S Linb, A study on the hydration rate of natural zeolite blended cement pastes[J].Construction and Building Materials, 1999.13:427432 .

[14]   冯乃钱，陈红卫.关于利用天然沸石粉抑制水泥混凝土中碱骨料反应的研究[J]. 混凝土与水泥制品，1995，(2)：8~14，41.

[15]   Feng Naiqian, Hao T Y, Mechanism of natural zeolite powder in preventing alkali-silica reaction in concrete[J]. Adv Cem Res,1998,10(3):101~108

[16]   Feng Naiqian,Ma C C, Ji X H, Natural zeolite for prevening expansion due to alkali-silica reaction in concrete[J]. Cem Concr Aggregates,1992,14(2):93~96

[17]   Feng Xiao-xin, Feng Nai-qian ,Han Dong. Effect of the composite of natural zeolite and on fly ash on alkali-silica reaction[J]. Journal of Wuhan University Technology-Mater.Sci.Ed,2003,18(4):83~86

[18]   封孝信，冯乃谦.天然沸石对碱—硅酸反应的抑制及其机理[J]. 硅酸盐学报,2002,30(6):669~674

[19]   潘群雄.粉煤灰—碱胶结料中晶种作用机理探讨[J]. 房材于应用，1998，26(5)：24~35，31

[20]   牛全林，冯乃谦等.改性沸石对可溶性碱的吸附性能及其对碱硅酸盐反应的抑制效果. 硅酸盐学报，2004，32(4):515~519

[21]   封孝信.混凝土骨料碱活性的检测及抑制碱骨料反应膨胀的研究。北京：清华大学，2002.84-85.

[22]   TADASI Fujiwara，EIJ I Saton，JIANG Dong. Adaptablity of zeolite as an admixture for preventing alkali-aggregate reaction[J].JCA Proc Cem Cinc    1995(49):674一X79.

[23]   冯乃谦，石云兴.超细粉对水泥浆体的流化与增强效应[J].混凝土与水泥制品，1997(2):4一7.

[24]    高燕红. 性能改型Y沸石的结构表征及其在烷基化反应中的催化性能，华南化工学院硕士^范文，1991

[25]    蒋亚清主编. 混凝土外加剂应用基础，北京：化学工业出版社，2004.4

[26]    冯乃谦主编. 实用混凝土大全. 北京：科学出版社，2001年2月第1版

[27]    何廷树等编著. 混凝土外加及. 西安：陕西科学技术出版社，2003.4

[28]    I.Mohamed，L.Curtil，S.Roner—Idrissi等.Influence of composite materials confinement on alkaliaggregate expansion[J]. Materials and Structures，2005，38：387-394